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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Kombustor bzw. eine Brennkammer einer Gasturbine
für ein
Wärmekraftwerk
und dgl.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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2 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Kombustors mit Vorgemischflamme und mit niedrigem
NOx einer Gasturbine für ein Wärmekraftwerk und dgl. In dieser
Figur ist der Gasturbinen-Kombustor ein Kombustor 203 mit
zylindrischem Körper,
wobei acht Hauptbrenner 201 in dem Kombustor 203 um
dessen Mittelachse angeordnet sind. Von Hauptbrennstoffdüsen zugeführter Hauptbrennstoff
sowie Verbrennungsluft werden gemischt, um ein Vorgemisch zu bilden,
das in dem Kombustor 203 mit einem Pilotbrenner eines von
einer Pilotbrennstoffdüse 202 zugeführten Pilotbrennstoffs
verbrannt wird. Die Verbrennungsluft strömt an einem Außenumfang
des Kombustors 203 und kehrt um 180° an einem Lufteinströmabschnitt 205 um,
um in den Kombustor 203 einzutreten. In 2 bezeichnet die Bezugsziffer 204 ein
Pilot-Luftwirbelelement, das zum Zuführen von Verbrennungsluft für die Verbrennung
des Pilotbrennstoffs angeordnet ist.
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Bei dem vorbekannten Gasturbinen-Kombustor
nach obiger Beschreibung strömt
die Verbrennungsluft am Außenumfang
des Kombustors 203 mit zylindrischem Körper und kehrt dann um 180° am Lufteinströmabschnitt 205 um,
um in den Kombustor 203 einzutreten und folglich wird die
so umgekehrte Verbrennungsluft zum Mittelabschnitt hin derart vorbelastet,
daß eine
Geschwindigkeitsverteilung der Verbrennungsluft in dem Kombustor 203 im
Querschnitt A-A der 2(a) dazu
tendiert, im Mittelabschnitt des Kombustors 203 schneller
und in dessen Umfangsabschnitt langsamer zu werden.
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Wenn eine solche Vorbelastung bei
der Geschwindigkeitsverteilung der Verbrennungsluft in dem Kombustor 203 vorkommt,
wird eine Konzentration des vorgemischten Brennstoffs des Hauptbrennstoffs
und der Verbrennungsluft ungleichmäßig und es kommt zu Mangelerscheinungen
der Art, daß bei der
Verbrennung an den Hauptbrennern 201 erzeugtes NOx hochkonzentriert wird, und der Verbrennungsbereich
zum Ausführen
einer stabilen Verbrennung in dem Kombustor 203 sehr eng
wird, etc.
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Die US-A-4 704 869 beschreibt einen
vorbekannten Gasturbinen-Kombustor mit mehreren Brennereinheiten,
von denen jede ein inneres Rohr aufweist, das darin eine Brennkammer
festlegt, sowie ein äußeres Rohr,
welches das innere Rohr koaxial umgibt. In den Kopfabschnitt des
inneren Rohrs wird Brennstoff eingespritzt und in der Brennkammer
verbrannt, um heiße
Verbrennungsgas zu erzeugen. Über
einen ringförmig-zylindrischen
Durchgang zwischen den inneren und äußeren Rohren wird Verbrennungsluft
von dem Bereich um das Schwanzrohr dem Kopfabschnitt des inneren
Rohrs zugeführt.
Ein die Strömung
vereinheitlichendes Rohr ist koaxial zwischen den inneren und äußeren Rohren
angeordnet, um mit dem inneren Rohr zusammenzuwirken, um dazwischen
einen Luftdurchgang festzulegen. Das die Strömung vereinheitlichende Rohr
verleiht dem Luftstrom von der Rückseite
des Schwanzrohrs einen größeren Strömungswiderstand
als dem Luftstrom von der Seite desselben, die der Rückseite
diametral entgegengesetzt ist, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung durch
den Luftdurchgang im wesentlichen in der Umfangsrichtung des Innenrohrs
vereinheitlicht wird.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Gasturbinen-Kombustor des grundlegenden, in 2 gezeigten Typs bereitzustellen,
der so verbessert ist, daß die Geschwindigkeitsverteilung
in dem Abschnitt stromab der Brenner gleichmäßiger ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Gasturbinen-Kombustor
mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen
des Gasturbinen-Kombustors sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Bei dem Gasturbinen-Kombustor gemäß der vorliegenden
Erfindung nach obiger Beschreibung ist stromauf des Hauptbrenners
der Rektifizierer zum Rektifizieren der am Außenumfang des Zylinderkörpers des
Kombustors strömenden
Verbrennungsluft vorgesehen, die umkehrt, um in den Zylinderkörper so
einzutreten, daß die
Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
der Verbrennungsluft gleichmäßig wird, wodurch
die Strömungsrate
der Verbrennungsluft stromauf vom Hauptkörper in dem Zylinderkörper des
Kombustors gleichmäßig wird.
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Ferner sind in dem Gasturbinen-Kombustor gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mehrere Hauptbrenner um eine Mittelachse
des Zylinderkörpers
vorgesehen, und der Rektifizierer ist von der Art, daß er eine
in Ringform ausgebildete Öffnung
aufweist, um einen Mittelabschnitt des Zylinderkörpers zu verschließen. Gemäß dem vorliegenden
Gasturbinen-Kombustor wird unter Verwendung eines einfachen Aufbaus
des Rektifizierers die Verbrennurgsluft so rektifiziert, daß eine Vorbelastung
der Verbrennungsluft zu dem Mittelabschnitt des Zylinderkörpers des
Kombustors korrigiert wird und ein Rektifiziereffekt erhalten wird,
um die Strömungsgeschwindigkeit
im Zylinderkörper gleichmäßig zu gestalten.
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Ferner sind in dem Gasturbinen-Kombustor gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung mehrere Hauptbrenner um eine Mittelachse
des Zylinderkörpers
vorgesehen, und der Rektifizierer ist von der Art, daß er mehrere Öffnungen
aufweist, von denen jede in einer Rundlochform ausgebildet ist,
die den mehreren Hauptbrennern entspricht und die stromauf der mehreren
Hauptbrenner positioniert sind. Gemäß dem vorliegenden Gasturbinen-Kombustor
weist der Rektifizierer zum Rektifizieren der Verbrennungsluft,
die in den Hauptbrenner einzuleiten ist, eine höhere Rektifizierfunktion auf,
so daß eine
Vorbelastung der Verbrennungsluft zum Mittelabschnitt des Zylinderkörpers des
Kombustors hin korrigiert wird und ein höherer Rektifizereffekt erzielt
wird, um die Strömungsgeschwindigkeit
im Zylinderkörper
gleichmäßig zu gestalten.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 eine
erläuternde
Ansicht eines Gasturbinen-Kombustors
einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei 1(a) eine Längsschnittansicht
desselben ist, 1(b) eine Längsschnittansicht
zur Darstellung eines Beispiels eines Rektifizierers längs einer
Linie B-B der 1(a) ist, 1(c) eine erläuternde
Ansicht zur Darstellung einer Wirkung des Rektifizierers ist, und 1(d) eine Schnittansicht
zur Darstellung eines weiteren Beispiels des Rektifizierers längs einer
Linie B-B von 1(a) ist,
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2 eine
erläuternde
Ansicht eines vorbekannten Gasturbinen-Kombustors, wobei 2(a) eine Längsschnittansicht
desselben ist, 2(b) eine
Schnittansicht längs
einer Linie A-A von 2(a) ist,
und 2(c) eine erläuternde
Ansicht zur Darstellung einer Wirkung desselben ist.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Kombustors mit Vorgernischflamme und niedrigem NOx einer Gasturbine nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung. In dieser Figur ist der Gasturbinen-Kombustor der Ausführungsform ein
Kombustor einer für
ein Wärmekraftwerk
und dgl. verwendeten Gasturbine, und die Bezugsziffer 101 bezeichnet
einen Hauptbrenner des Gasturbinen-Kombustors, die Bezugsziffer 102 bezeichnet eine
Pilot-Brennstoffdüse
des Gasturbinen-Kombustors, die Bezugsziffer 103 bezeichnet
einen Kombustor-Zylinderkörper,
die Bezugsziffer 104 bezeichnet ein Pilot-Luftwirbelelement,
das zum Zuführen
einer Verbrennungsluft zum Verbrennen eines Pilotbrennstoffs angeordnet
ist, die Bezugsziffer 105 bezeichnet einen Lufteinströmabschnitt,
an dem die Verbrennungsluft, die an einem Außenumfang des Kombustor-Zylinderkörpers 103 strömt, um 180° umkehrt,
um in den Combuster-Zylinderkörper 103 einzutreten, und
die Bezugsziffer 106 bezeichnet einen Rektifizierer, der
an einem Einlaß des
Kombustor-Zylinderkörpers 103 zum
Rektifizieren der durch den Lufteinströmabschnitt 105 strömenden Verbrennungsluft angeordnet
ist, die in dem Kombustor-Zylinderkörper 103 eintritt,
so daß die
Strömungsgeschwindigkeit der
Verbrennungsluft in den Kombustor-Zylinderkörper 103 im wesentlichen
gleichmäßig gestaltet
wird.
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Bei dem erwähnten Gasturbinen-Kombustor sind
acht Hauptbrenner 101 in dem Kombustor-Zylinderkörper 103 angeordnet,
und ein von Hauptbrennstoffdüsen
zugeführter
Hauptbrennstoff und Verbrennungsluft werden gemischt, um ein Vorgemisch
zu bilden, das in dem Kombustor-Zylinderkörper 103 mit einem
von der Pilotbrennstoffdüse 102 zugeführten Pilotbrennstoff
verbrannt wird. Die Verbrennungsluft strömt am Außenumfang des Kombustor-Zylinderkörpers 103 und
kehrt an dem Lufteinströmabschnitt 105 um
180° um,
um in den Kombustor-Zylinderkörper 103 einzutreten.
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Bei dem vorliegenden Gasturbinen-Kombustor,
wie er in 1(a) gezeigt
ist, ist der Rektifizierer 106 am Einlaß des Kombustor-Zylinderkörpers 103 angeordnet,
wodurch die Verbrennungsluft, die am Außenumfang des Kombustor-Zylinderkörpers 103 strömt, und
am Lufteinströmabschnitt 105 um
180° umkehrt,
um in den Kombustor-Zylinderkörper 103 einzutreten,
rektifiziert wird, so daß die
Strömungsgeschwindigkeit
der Verbrennungsluft in dem Kombustor 103 im wesentlichen
gleichmäßig gestaltet wird.
Der in 1(b) gezeigte
Rektifizierer 106 weist eine Form mit einer napfförmigen Öffnung auf,
womit ein Mittelabschnitt des Kombustor-Zylinderkörpers 103 verschlossen
wird und die in die Hauptbrenner 101 und das Pilot-Luftwirbelelement 104 einströmende Verbrennungsluft
eine im wesentlichen gleichmäßige Strömungsrate
in dem Kombustor-Zylinderkörper 103 aufweist,
so daß die
Strömungsgeschwindigkeit
der Verbrennungsluft in dem gesamten Bereich in dem Kombustor-Zylinderkörper 103 annähernd gleich
wird. Es ist anzumerken, daß gemäß 1(d) anstelle des Rektifizierers 106 mit
der napfförmigen Öffnung ein
Rektifizierer 108 vorgesehen sein kann, der acht Teile
mit runden, lochförmigen Öffnungen 107 aufweist,
die stromauf an Mittelachsen des betreffenden Hauptbrenners 101 zu
positionieren sind. Durch Anwenden einer solchen Form des Rektifizierers 106 oder 108 kann
ein Rektifizierer mit einem geringen Druckverlust und einem größeren Rektifiziereffekt
erhalten werden.
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Während
die Verbrennungsluft an dem Lufteinströmabschnitt 105 um
180° umkehrt,
um in den Kombustor-Zylinderkörper 103 einzutreten,
ist an der stromaufwärtigen
Seite des Hauptbrenners 101 und der Pilot-Luftdüse 102 der
Rektifizierer 106 mit der napfförmigen Öffnung oder der Rektifizierer 108 mit den
rundlochförmigen Öffnungen
vorgesehen, die der Anzahl der betreffenden Positionen der Hauptbrenner 101 entspricht,
wodurch ein Strömen
der Verbrennungsluft am Mittelabschnitt des Kombustor-Zylinderkörpers 103 unterdrückt wird
und diese durch die Öffnung(en)
strömt.
Folglich erhöht
sich der Druckverlust der Verbrennungsluftströmung am Mittelabschnitt, so
daß die
Strömungsrate
der in den Hauptbrenner 101 einströmenden Verbrennungsluft und
diejenige der in das Pilot-Luftwirbelelement 104 einströmenden Luft
einander annähernd
gleich wird, und die Strömungsgeschwindigkeit
der Verbrennungsluft in dem gesamten Bereich des Kombustor-Zylinderkörpers 103 gleichmäßig wird.
Somit wird die Strömungsrate
der in das Pilot-Luftwirbelelement 104 einströmenden Verbrennungsluft
reduziert und die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
der Verbrennungsluft an einem Querschnitt C-C von 1(a) in dem Kombustor-Zylinderkörper 103 wird gleichmäßig, wie
in 1(c) gezeigt ist.
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Jeder Rektifizierer ist zwar von
einfachem Aufbau mit einem hohen Rektifiziereffekt, und es kann
ein optimaler Rektifiziereffekt durch die Größe der Öffnung und die Größe des den
Mittelabschnitt des Kombustors verschließenden Abschnitts ausgewählt werden,
jedoch hat der Rektifizierer 108 mit den rundlochförmigen Öffnungen,
die der Anzahl und der jeweiligen Positionen der Hauptbrenner 101 entsprechen,
einen höheren
Rektifiziereffekt im Vergleich zu dem Rektifizierer 106 mit
der napfförmigen Öffnung beim
Rektifiziereffekt zum Einleiten der Verbrennungsluft in die Hauptbrenner 101.
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Bei dem Gasturbinen-Kombustor gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Rektifizierer 106 oder 108 an
der stromaufwärtigen
Seite der Hauptbrenner 101 und der Pilotluftdüse 102 vorgesehen,
wodurch die am Außenumfang
des Kombustor-Zylinderkörpers 103 strömende und
am Lufteinströmabschnitt 105 um
180° umkehrende
Luft rektifiziert wird, bevor sie in den Kombustor-Zylinderkörper 103 eintritt,
so daß die
Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
der Verbrennungsluft im Kombustor-Zylinderkörper 103 gleichmäßig gestaltet
wird. Damit wird die Strömungsrate
der Verbrennungsluft in den Hauptbrennern 101 gleichmäßig gestaltet,
und eine Konzentration des Vorgemischs des Hauptbrennstoffs und
der Verbrennungsluft wird einheitlich. Folglich wird eine von den
Hauptbrennern 101 bei der Verbrennung erzeugte NOx-Menge fast Null, und der Verbrennungsbereich,
innerhalb dem eine stabile Verbrennung in dem Kombustor-Zylinderkörper 103 aufrechterhalten wird,
wird erweitert.